Глаз как оптическая система. Коррекция зрения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева

Реферат по теме:

Глаз как оптическая система. Коррекция зрения

Выполнила: студентка 502 гр.

Факультета Садоводства и ландшафтной архитектуры

Зубкова М.А.

Москва 2010 год.

Строение глаза

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека -- это шарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком. Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть -- роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой.

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при слабом освещении -- увеличивается. Внутри глазного яблока за радужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получается на сетчатке. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе 6 м от глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии. Таким образом, “наводка на фокус” глаза человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы.

Оптические системы, вооружающие глаз. Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу, в нем можно все же найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления, т.е. точку, играющую роль оптического центра. Оптический центр глаза находится внутри хрусталика вблизи задней поверхности его. Расстояние от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нормального глаза 15 мм. Зная положение оптического центра, можно легко построить изображение какого-либо предмета на сетчатой оболочке глаза. Изображение всегда действительное, уменьшенное и обратное. Угол, под которым виден предмет из оптического центра, называется углом зрения.

Сетчатая оболочка имеет сложное строение и состоит из отдельных светочувствительных элементов. Поэтому две точки объекта, расположенные настолько близко друг к другу, что их изображение на сетчатке попадают в один и тот же элемент, воспринимаются глазом, как одна точка. Минимальный угол зрения, под которым две светящихся точки или две черные точки на белом фоне воспринимаются глазом ещё раздельно, составляет приблизительно одну минуту. Глаз плохо распознает детали предмета, которые он видит под углом менее 1". Это угол, под которым виден отрезок, длина которого 1 см на расстоянии 34 см от глаза. При плохом освещении (в сумерках) минимальный угол разрешения повышается и может дойти до 1 градуса.

Глаз как живая камера Обскура

Часто глаз называют живой камерой Обскурой, но как большинство аналогий и эта аналогия верна лишь частично. Глаз представляет собой бесконечно более тонкий и сложный прибор, чем самый лучший фотоаппарат, хотя в принципе они одинаковы. В фотоаппарате имеется простая собирательная линза или система линз, действующая подобно собирательному хрусталику глаза. Чувствительная плёнка в фотоаппарате соответствует чувствительности к свету сетчатой оболочке на задней стороне глаза; ту и другую получают перевёрнутые, действительные, уменьшенные изображения. Диафрагма регулирует количество света, допускаемого в фотоаппарат; радужная оболочка регулирует количество света, входящего в глаз. В темноте зрачок или отверстие радужной оболочки может иметь диаметр почти 1см, а на ярком свете он имеет размер булавочной головки.

Фокусация глаз

В одно мгновение нормальный глаз способен сфокусировать чётко на сетчатой оболочке такой большой удалённый предмет как гора, а в следующую долю секунды он может дать одинаково чёткое изображение отпечатанного текста или спидометра автомашины, находящийся всего на расстоянии какого-нибудь десятка сантиметров от глаз. Если бы мы не обладали такой способностью, нам было бы трудно управлять быстроходными автомобиля и самолётами, не увеличивая количества несчастных случаев, которых и без того много. Теоретически имеется несколько возможных способов. Рыба фокусирует глаз, изменяя расстояние между линзой и сетчатой оболочкой точно так же, как фокусируется фотоаппарат с растяжением. Но, как вы знаете, человеческий глаз фокусируется не таким способом. Хрусталик глаза просто изменяет свою форму. С увеличением расстояния предмета, приводящим к уменьшению расстояния изображения, мускулы, соединённые с внешними краями глазного хрусталика, заставляют хрусталик сплющиваться и становиться тоньше. Таким образом, его фокусное расстояние увеличивается в достаточной степени, и изображение резко фокусируется на сетчатой оболочке.

В случае, если предмет приближается к глазу, заставляя увеличиваться расстояние до изображения, хрусталик становится более выпуклым и толстым. Его фокусное расстояние при этом уменьшается так, что расстояние изображения остаётся полным и изображение не сходит с сетчатой оболочки. Этот процесс, дающий те же самые результаты, что и фокусировка фотоаппарата, называется аккомодацией.

Внутренность фотоаппарата зачернена, так как его стенки поглощают любой попавший луч света. Внутренность глаза точно так же окружена тёмной оболочкой, поглощающей свет. Поверх тёмной оболочки глаза имеется твёрдая белая оболочка, сохраняющая форму глазного яблока и защищающая глаз от повреждений.

Во многих отношениях глаз совершеннее, чем фотоаппарат, но не во всех. Фотоаппарат даёт постоянное изображение предметов со всеми его деталями, между тем как изображение в глазу существует только в течение 1/16 сек до появления следующего чёткого изображения. На сетчатой оболочке часто отсутствуют детали, и одно изображение может перекрываться и заслонять следующее изображение. Именно поэтому два честных наблюдателя могут спорить относительно победителя в гонках. Фотоснимки не обладают такими недостатками и по этому при таких обстоятельствах имеют преимущество перед непосредственным наблюдателем.

Остаточное изображение в глазу приводит к другим интересным явлениям. Оно вызывает размытие картины спиц вращающегося колеса и создаёт видимость святящегося следа за быстродвижущимся в темноте источником света. В действительности мы видим в кино от 16 до 24 неподвижных картин, появляющихся на экране каждую секунду. После каждой такой картины и перед следующей экран затемняется обтюратором кинопроекционного аппарата, но глаз сохраняет впечатление от одной картины до другой и превращает отдельные изображения в иллюзию непрерывного движения.

Дальняя и ближняя точки

Когда глазные мускулы совершенно не напряжены, как это бывает в случае, если смотреть на удалённый предмет, хрусталик имеет максимальное фокусное расстояние, и тогда говорят, что он адаптирован на дальнюю точку. Когда предмет находиться так близко к глазу, что хрусталик имеет наименьшее возможное фокусное расстояние, то говорят, что предмет расположен в ближней точке. Вы можете определить вашу ближнюю точку, медленно приближается шрифт к глазу. Испытание проводиться для каждого глаза отдельно. Кратчайшее расстояние, при котором ещё не заметно смазывание глаз, и есть ваша ближняя точка.

Прессбиоприя

С возрастом способность аккомодации постепенно уменьшается. Это объясняется уменьшением упругости хрусталика и способности глазных мускулов увеличивать кривизну хрусталика. Этот недостаток называется прессбиопией. Когда такой недостаток имеет место, ближняя точка удаляется от глаза и аккомодационная способность уменьшается. Для лиц 65-летнего возраста ближняя точка находиться на расстоянии 200 см. Каково будет приблизительно ближайшее расстояние, на котором человек 65 лет может прочесть эту страницу без помощи очков? При таком расстоянии (200 см) сомнительно, что можно было разобрать слова вследствие слишком малой величины изображения на сетчатой оболочке. Идеального расстояния для чтения или другой работы на близком расстоянии не существует, но если учесть все факторы, то можно считать, что наилучшим расстоянием является 32 - 37 см. Но если это расстояние меньше, чем примерно полуторное расстояние ближней точки, то напряжение, которое требуется мускулам для того, чтобы сфокусировать свет и получить резкое изображение на сетчатой оболочке, настолько велико, что, вероятно, наступит усталость глаза.

В возрасте до 35 лет легко соблюдать это правило. После 40 лет обычно это трудно сделать. В возрасте 45 лет минимальное расстояние равно 1,5*30=45 см, а это дальше, чем необходимо для предмета, чтобы изображение имело соответствующую величину и было легко видимо.

После 40 лет средний хрусталик глаза нуждается в вспомогательном приспособлении для собирания света при рассмотрении близких предметов. С этой целью перед глазом помещается собирательная линза соответствующей оптической силы. Но с такой линзой невозможно видеть удалённые предметы. Для того чтобы, исправить этот недостаток, нужно или снять очки, или применить бифокальные линзы. У таких линз нижняя часть применяется для ближнего зрения, а верхняя - для рассматривания удалённых предметов. Хотя прессбиопия является, по-видимому, естественным и неустранимым недостатком, оказывается, что более сильное освещение ближних предметов в значительной степени заменяет очки для чтения. Более сильное освещение заставляет сильнее сужаться зрачки. Это создаёт более резкое и чёткое изображение на сетчатой оболочке так же, как и в фотоаппарате, - чем меньше отверстие диафрагмы, тем резче изображение.

Близорукость

В том случае, если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально велико или хрусталик настолько закруглён и толст, что его фокусное расстояние ненормально мало, изображение удалённого предмета попадает перед сетчатой оболочкой. Этот дефект глаза очень распространён и называется близорукостью или миопией. Близорукость - это такой дефект глаза, который чрезвычайно распространён среди школьников и студентов. Согласно данным специалистов каждые 3 новорождённых из 100 обладают этим дефектом; в начальной школе число близоруких составляет примерно 10 из 100; в средней школе число близоруких достигает 24%, а в колледже - 31%. Среди диких племён, живущих и работающих большей частью на открытом воздухе, близорукость почти неизвестна. Точно также среди фермеров и лиц, работающих на открытом воздухе, очень малое количество страдает от близорукости, если только они не приобрели её в школе или при работе с близкими объектами.

Близорукость можно исправить, но не вылечить, при помощи очков. В этом случае применяются рассеивающие сферические линзы. Эта линза рассеивает параллельные световые волновые лучи, исходящие от удалённых предметов в достаточной степени для того, чтобы изображение попало на сетчатую оболочку дальше того места, где оно находилось бы без применения очков.

Гиперопия, или дальнозоркость

Если расстояние между сетчатой оболочкой и хрусталиком ненормально мало или если хрусталик ненормально тонок и сплющен, так что фокусное расстояние его ненормально велико, то изображение близких предметов оказывается за сетчатой оболочкой. Следовательно, близкие предметы не могут быть видимы без напряжения глаза.

Если вы только дальнозорки и не имеете никаких других недостатков зрения, то вы легко прочтёте 9-ю строчку таблицы Снеллена, но ваша ближняя точка может оказаться дальше своего нормального положения.

Для исправления гиперопии следует уменьшать расстояние изображения для близких предметов. Это требует применения собирательной (положительной) линзы соответствующей оптической силы.

Астигматизм

Обычно поверхность роговой оболочки - несколько выступающей передней части глазного яблока - и поверхность хрусталика являются частями почти идеальной сфер. Однако нередко кривизна одной или обоих этих поверхностей оказывается большей в одной плоскости, чем в какой - либо другой. Этот дефект, в результате которого получается нечёткое зрение, называется астигматизмом.

Астигматизм может причинить головные боли и создавать расплывчатость, в особенности, если читать длительное время подряд. Отметьте, в частности, что направление кривизны линзы очков должно совпадать с соответствующей кривизной глазного хрусталика. Следовательно, если астигматическая линза меняет своё положение относительно глаза, необходимо принять меры, чтобы вернуть её на место, так как совершенно необходимо, чтобы соответствующие кривизны совпадали.

Характеристика бинокулярного зрения

Если мы смотрим на удалённый предмет, то нормально на одинаковых частях сетчатых оболочек глаза будут получаться одинаковые изображения; два изображения сливаются в одно благодаря вмешательству мозга. Это называется бинокулярным зрением.

Если изображения фокусируются на несоответствующих друг другу частях сетчатых оболочек глаза, то мозг неспособен слить эти изображения и в результате может получиться двойное изображение. Изображения не могут слиться также и в том случае, если они заметно асимметричны или одно больше другого. Сначала будет преобладать одно, а затем другое; они будут конкурировать. Если изображения не размыты, то вскоре изображение в одном глазу будет не размыто, то вскоре изображение в одном глазу будет подавлено, так что только одно изображение будет восприниматься мозгом. Фактически один глаз перестаёт функционировать. Если закрыть глаз с преобладающим изображением или если этот глаз перестанет функционировать, то во многих случаях его роль примет второй глаз. В результате оказывается, что такой человек нормально видит только одним глазом, но не отдаёт себе отчёт в этом. Косоглазые люди, если не исправить их недостатка, видят только одним глазом.

Трёхмерное кино и бинокулярное зрение. Трёхмерное кино является развитием принципов бинокулярного зрения и методов стереоскопической фотографии. Вместо одного изображения каждой сцены, как это имеет место в обычной кинематографии, двумя различными камерами, расположенными на расстояние нескольких сантиметров друг от друга, снимаются две фотографии. Обе фотографии проецируются одновременно на экран двумя различными проекторами. Оба проектора поляризуют свет так, что плоскость поляризации одного проектора перпендикулярна к плоскости поляризации другого. Поэтому если смотреть на экран через поляроидные очки, то один глаз видит одно изображение на экране, а другой - другое. В результате оба изображения сливаются в мозгу в одно, имеющее не только ширину и высоту, но и глубину.

Проблемы хорошего зрения

глаз зрение дефект коррекция

Представьте себе, что вы стоите на углу оживлённой улице какого-нибудь американского города и что вдруг все недостатки зрения превращаются в недостатки ног; тогда более 50% пешеходов начнут хромать или будут, неспособны, ходить без костылей или вынуждены будут прибегнуть к коляскам. Если вместо улицы взять стадион колледжа, то число пострадавших будет составлять около 40%, а на перчаточной фабрике пострадавшими окажутся 8 человек из 10. Современная цивилизация облегчала значительную часть нашего каждодневного труда и освободила нас от многих жизненных забот, но во много раз увеличила нагрузку на глаза.

Исследование показывает, что более 95% младенцев рождается с нормальным зрением и без дефектов глаз. Но, как видно из таблицы 1, очень малый процент их достигает пожилого возраста со зрением, которое можно было бы в какой-нибудь мере считать нормальным. На зрение людей возлагается тяжёлая нагрузка. В результате этого Америка быстро превращается в страну «очкастых». Несоответствие человеческого зрения в целом - один из самых серьёзных дефектов современной цивилизации.

Часть перегрузки глаз объясняется тем, что человек пользуется глазами при условиях совершенно иных, чем те, при которых глаз первоначально развивался и для которых он приспосабливался. Первобытный человек пользовался своими глазами почти для того, чтобы смотреть вдаль при ярком солнечном свете - для охоты, рыбной ловли и для сражений. Когда солнце заходило, обязанности глаза кончались. Конечно, первобытный человек не работал целый день с предметами, расположенными вблизи глаз и не ходил потом в панорамное кино, не смотрел телевизионные передачи в течение нескольких часов и не читал книгу далеко за полночь.

Поскольку многие недостатки глаза, по-видимому, создаются нагрузкой на них и условиями, при которых глаза выполняют работу, положение может быть значительно улучшено. Однако это требует научного подхода со стороны различных групп людей и каждого человека в отдельности. Мы, со своей стороны, должны узнать, как устроен глаз, каковы его функции, какие бывают дефекты и какие рабочие условия вызывают перегрузку. Прежде всего, начнём с изучения глаза.

Список литературы

1. Артамонов И.Д., Иллюзии зрения, Физматгиз, 1961.

2. Вавилов С.И., Глаз и Солнце, Изд-во АН СССР, 1956.

3. Вавилов С.И., О «тёплом» и «холодном» свете, «Знание», 1956.

4. Валюс Н.А., Как видит глаз, Гостехиздат, 1948.

5. Клементьев С.Д., Электронный микроскоп, Гостехиздат, 1956

6. Кушнир Ю.М., Окно в невидимое, Гостехиздат, 1945

7. Левшин В.П., Люминесценция и её технические применения, Изд-во АН СССР, 1956.

8. Миннарт М., Свет и цвет в природе, Физматгиз, 1959

9. Орестов И.Л., Холодный свет, Гостехиздат, 1955

10. Слюсарев Г.Г., О возможном и невозможном в оптике, Физматгиз, 1960

11. Суворов С.Г., О чём рассказывает свет, Воениздат, 1963.

Размещено на Allbest.ru